電動機(Electric motor),又稱為馬達或電動馬達,是一種將電能转化成机械能,並可再使用機械能產生動能,用来驱动其他装置的电氣設備。 電動機種類非常繁多,但可大致分為交流電動機及直流電動機以用於不同的场合。
交流馬達與直流馬達比較
以下為直流電動機的工作原理图: 此為一個簡單的直流電(D.C.)電動機。當線圈通電後,转子周围产生磁場,转子的左侧被推离左侧的磁铁,并被吸引到右侧,从而產生轉動。
转子依靠慣性繼續轉動。
當转子運行至水平位置时電流變換器將線圈的電流方向逆轉,線圈所產生的磁場亦同時逆轉,使这一过程得以重复。
直流馬達的基本構造包括「電樞」、「場磁鐵」、「集電環」、「電刷」。
馬達的旋轉原理的依據為佛來明左手定則,當一導線置放於磁場內,若導線通上電流,則導線會切割磁力線使導線產生移動。 電流進入線圈產生磁場,利用電流的磁效應,使電磁鐵在固定的磁鐵內連續轉動的裝置,可以將電能轉換成力學能。 與永久磁鐵或由另一組線圈所產生的磁場互相作用產生動力 直流馬達的原理是定子不動,轉子依相互作用所產生作用力的方向運動。 交流馬達則是定子繞組線圈通上交流電,產生旋轉磁場,旋轉磁場吸引轉子一起作旋轉運動 電樞:可以繞軸心轉動的軟鐵芯纏繞多圈線圈。 場磁鐵:產生磁場的強力永久磁鐵或電磁鐵。 集電環:線圈約兩端接至兩片半圓形的集電環,隨線圈轉動,可供改變電流方向的變向器。每轉動半圈(180度),線圈上的電流方向就改變一次。 電刷:通常使用碳製成,集電環接觸固定位置的電刷,用以接至電源。 原理 電動機的種類很多,以基本結構來說,其組成主要由定子(Stator)和轉子(Rotor)所構成。 定子在空間中靜止不動,轉子則可繞軸轉動,由軸承支撐。 定子與轉子之間會有一定空氣間隙,以確保轉子能自由轉動。 定子與轉子繞上線圈,通上電流產生磁場,就成為電磁鐵,定子和轉子其中之一亦可為永久磁鐵。
基本構造
1835年,製作世界上第一台能驅動小電車的應用馬達為美國一位鐵匠達文波(Thomas Davenport)。 1870年代初期,世界上最早可商品化的馬達由比利時電機工程師Zenobe Theophile Gamme所發明。 1888年,美國著名發明家泰斯拉(Nikola Tesla)應用法拉第的電磁感應原理,發明交流馬達,即為感應馬達。 1845年,英國物理學家惠斯頓(Wheatstone)申請線性馬達的專利,但原理於1960年代才被重視,而設計了實用性的線性馬達,目前已被廣泛在工業上應用。 1902年,瑞典工程師丹尼爾森利用泰斯拉感應馬達的旋轉磁場觀念,發明了同步馬達。 1923年,蘇格蘭人James Weir French 發明三相可變磁阻型(Variable reluctance)步進馬達。 1962年,藉霍爾元件之助,實用之DC無刷馬達終於問世。 1980年代,實用之超音波馬達開始問世。 發展歷史 以下皆以馬達稱呼
Loop)控制方式處理,因此不需要位置檢出和速度檢出的回授裝置,就能達成精確的位置和速度控制,且穩定性佳。
依使用電源分類: 依構造分類(直流與交流電源皆有): 應用發展 電動用途眾多,大至重型工業,小至小型玩具都有其蹤跡。在不同的環境下都會選擇不同類型的電動機,以下是一些例子: 民生用品 工業與商業用途
製風設備, 例如電風扇 電動玩具車、船等 升降機, 電梯 以電力推動的交通工具, 例如地下鐵路, 電車 工廠與大賣場的運輸帶 公車上的電動自動門 電動捲閘 光碟機 印表機 洗衣機 水泵 磁碟機 電動刮鬍刀 錄音機 錄影機 CD唱盤 快速電梯 工作母機(如:機床) 紡織機 攪拌機 用途 若馬達的負載很重,轉速慢則相對感應電動勢較小,也因此電源需提供較大電流(功率)以對應所需的較大功率來輸出/作功。
電動機與發電機原理基本一樣,分別在能量转化的方向不同,發電機是藉由負載(如水力、風力)將機械能、動能轉為電能,若沒有負載,發電機不會有電流流出。 電動機和電力電子、微控器配合已形成一新學門,稱為電動機控制。 在使用馬達前需先了解其使用的電源是直流電還是交流電,如果是交流電,還需知道它是三相還是單相的交流電,接錯電源會導致不必要的損失和危險。 馬達轉動後若沒有接負載或負載很輕使得馬達轉速快,則感應電動勢較強,此時馬達兩端電壓為,電源提供電壓減去感應電壓,因此電流減弱。 附加資料 通常馬達銘牌上會表示額定輸出之數值。亞洲通常以瓦特(W)為單位,歐美則使用馬力(HP)。
輸出:指馬達在單位時間內可進行的工作,並依馬達的運轉速度及轉矩來決定。
額定輸出:馬達在額定電壓,額定頻率下能發揮其最優良特性,並同時連續產生的各種能量輸出,如運轉速度或轉矩等數值。
額定功率(容量):額定輸出之功率(瓦特)。 馬力:馬達輸出功率的單位之一為馬力(Horse power,簡稱HP),1馬力(HP)=746瓦特(Watts) 額定電壓:使用時所能容許的輸入電壓,使用超過此額定電壓時,通常馬達仍可運轉,但其電容器之使用壽命會顯著縮短,甚至長久運轉後產生高熱而燒毀。使用單位以V(伏特)表示。 轉矩
啟動轉矩:指馬達請動時瞬間產生的轉矩,馬達若受比此一轉矩更大的摩擦抑止負載,則馬達將無法啟動。也稱為起始轉矩。 停止轉矩:指馬達在一定電壓、一定頻率下所能輸出之最大轉矩,一旦所承載之負載超越此轉矩範圍,馬達隨即停止。 額定轉矩:指馬達在額定電壓、額定頻率下可連續產生額定輸出時的轉矩。即為額定運轉速度時候所產生的轉矩。 轉速
額定運轉速度:指馬達做額定輸出時的運轉速度,為馬達在無故障下使用之理想的運轉速度。 無附載運轉速度:指馬達在無負載狀態下的運轉速度。 CW/CCW:指馬達的運轉方向。CW為從出力軸端看之順時針方向,而CCW則為逆時針方向之運轉。 術語
發電機 馬達 |